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制药企业水流量计计量系统改造及仪表选型经验



摘要:对制药企业水管网计量系统优化提升改造及仪表选型,从管网系统查找存在问题到用水单元如何配置计量仪表,进行了具体的分析及方法介绍,并介绍了自来水计量仪表的选配原则。
  能源计量作为节约能源的基础工作已尤显重要,为了提升能源计量管理水平,笔者单位近几年来加大了能源计量系统完善改造力度,特别是把以贯彻落实 GB17167-2006《用能单位计量器具配备和管理通则》为较低要求,先后分批投入巨资在配好配齐各级能源计量仪表的基础上,公司对自来水计量系统近 50 路计量装置进行了优化提升改造,降低了管道压力损失,提高了计量精度,为企业节能增效、核算生产成本打下了坚实的基础。
制药企业水流量计计量系统改造及仪表选型经验谈
1、基本情况:
  本公司分东西两个独立生产区,自来水年用量在百万吨级。由于历史原因,东区管网使用年限普遍超过 50 年,管网复杂且为树枝型布网,小用户多,以制剂药生产与办公次级用能单位为主,西区管网使用年限近 40 年,管网结构相对整齐,以原料生产次级用能单位为主,原料生产用水量相对多些。公司自来水管网管径普遍偏大,管网系统陈旧且敷设于地下,生产、生活管道未分开敷设,用水量主要目的为按生产工艺要求对温度进行降温,用水季节性很强。计量系统优化升级改造前,水计量仪表普遍使用传统的机械式水表及插入式切向涡轮流量计,它们都存在机械磨损,计量精度逐年衰减、使用寿命短的缺点。
  从形式上看能源计量的配备率很高,但其检测率却大打折扣,许多用户(尤其是原料和制剂生产车间等用水大户)普遍存在大管径小流量,造成小流量计不上,另有些小用量用能单位计量仪表损坏或工作不正常。笔者曾用便携式超声波流量计对有关使用普通机械式水表的用水大户在线实测,计量误差最大偏小 20% 左右,公司水计量总表与分表合计的计量偏差在 20% 左右(因管网系统可能存在问题,在未检查清楚、解决前,计量总表与分表合之差暂且称为计量偏差),仅东区就有每月近 2 万吨的计量偏差。

2、水管网系统计量偏差偏大成因检查与分析:
2.1、计量偏差成因检查:

  针对上述情况,首先必须查找造成计量偏差偏大的原因,东区存在问题较大,我们采取对东区水管网计量系统进行动态测试的方法,目的是检查水计量偏差来源于计量系统还是来源于管网系统。在条件允许或创造条件下,组织技术人员利用停工或节假日且是用水量较低时段对所有用户进行用水动态测试。根据东区用水特点:低谷一般在:23:00 ~ 06:00 时段, 期间, 关掉不用水用户的进水阀门,对用户夜间用水低谷期每隔一小时间隔准时同步将累积值和瞬时值抄表一次,读数要读到仪表的最小分度值,并作好记录。公司进厂贸易结算总表已由自来水公司更新为进口 WS 型高灵敏度水表,工作可靠。表 1 所示为东区经过整理后的测试数据。
  表 1 用水动态测试数据  
       
时间 所有分表和平均 进厂总表平均 计量偏差(m³/h)
       
  瞬时值(m³/h) 瞬时值(m³/h)  
       
0:00 22.103 50.700 28.597
1:00 15.355 41.000 25.645
       
       
2:00 11.508 35.600 24.092
3:00 15.433 43.200 27.767
4:00 14.828 42.500 27.672
       
       
5:00 13.951 40.200 26.249
6:00 11.347 37.700 26.353

  从数据中发现最小用量出现在凌晨 2:00 时刻,剔除用水单位的实际用量外,还存在:35.6 -11.508= 24.092 m³/h 的计量偏差,折合每月计量偏差:24.092 m³×24×30 = 17 346 m³,这正好与东区日常抄表时的计量总表与分表合计之差每月近 2 万吨的数量基本接近。
2.2、计量偏差原因分析:
2.2.1、计量仪表原因:
  自来水计量普遍使用普通水表,因机械固有的磨损特性,使用年限长,不可避免水表准确度会逐渐下降,漏计量逐渐加大;因公司生产经营特点,用水量变化起伏很大,生活用水占有很大比例。我公司东区的次级用能单位自来水计量水表数量 45 台,管径范围为:DN20~DN150,可测最小(始动)流量如下表 2 所示。
表 2 计量仪表可测最小(始动)流量
用户水表通径 数量 最小流量(m³/h) 合计(m³/h)
(mm)   B 级表    
         
DN150 3 3   9
         
         
DN100 9 1.5   13.5
DN80 4 0.9   3.6
DN50 8 0.45   3.6
DN40 3 0.2   0.6
DN32 2 0.1   0.2
         
DN25 3 0.07   0.21
         
DN20 13 0.05   0.65
         
合计: 45     31.36
水表工作在低于可测最小流量以下则测不到流量,这是因为计量仪表的测量技术特性所限,测不到流量并非零流量。假如上表中有 30% 水表因用户阀门有少量泄漏等原因,并每天 12 h 不用水,则每月因计量仪表固有测量技术特性造成的漏计流量为:31.36×30%×12×30 = 3  387  m³。另外,水表的机械磨损会使其准确度逐渐下降 , 经对东区有关普通机械水表进行在线抽检实测 , 计量值偏低平均约 10%左右。
2.2.2、自来水管网系统存在一定的漏损:
2.2.2.1、由于公司的发展,各用水单位厂房变化较大,管网改动较多,可能有些废弃的管道存在泄漏及阀门关不严而难以被发现。
2.2.2.2、老管网系统因管道陈旧可能有少量泄漏。
制药企业水流量计计量系统改造及仪表选型经验谈
3 、水管网计量系统改造的原则
  准确可靠的计量数据是计量工作的优质产品。首先要为生产经营系统筑建一个科学先进的计量平台,提供准确可靠的计量数据,必须对原水计量系统进行技术优化提升改造,系统要具有前瞻性。
3.1、 生产经营系统采用电子式附带计算机通讯接口的计量仪表,为下一步实现公司生产电子化和实现能源计量数据网络化打下技术基础。
3.2 、依据计量公开、透明、合理的原则,对各次级用能单位选用同厂家、同系列电子式水表,使改造后的水计量系统具有相同的技术平台,具备公平合理性。
3.3、所选的主要计量仪表具备自身耗能低、性价比高、管内压损小、免维护或少维护等特点。
3.4 、本着既能解决问题,又节约费用的原则。
3.5 、计量仪表与相关管道要严格按照技术规范及有关要求安装调试。
3.6、计量仪表配置选型原则:
  对用量较大、流量变化幅度大、用水季节性强、连续用水的次级用能单位进行计量装置优化升级改造,选用测量下限值低 ( 关键值 )、量程比宽、测量精度高的计量仪表。经论证实惠电磁流量计,该表测量管内无可动部件,工作可靠,便于维护管理;管内无阻流部件,因此无压力损失,保证精度测量范围为 0.2~10 m/s,我们要求仪表制造厂家特殊定制,保证精度的可测下限做到 0.1 m/s 以下,并出据标定技术报告。该表测量精度为 ±1.0%R,防护等级为IP67,性价比高。
  为了降低计量成本,对用量较大、流量变化小、流速在要求范围内的次级用能单位选用经济适用的涡街流量计,该表无可动部件,耐磨损,压损小,
可靠性高,测量范围为 0.4~6 m/s,精度为 ±1.5%R。
  对生活(或办公)用水计量表损坏或现用普通水表的次级用能单位,选用带有发讯功能的 WS 型垂直螺翼可拆式磁传水表,精度为 B 级,该表主要特点:量程宽,始动流量低,灵敏度高,寿命长,机芯可拆,便于维修,整体性能优于LXS型旋翼水表。

4、具体仪表选型(以部分典型用户为例):
4.1、原料车间:

  总自来水现管道管径为 DN200,原计量表为太阳能切向涡轮式流量表,其测量范围为:48 m³/h~720  m³/h, 经在线实测,管道水流量在 40  m³/h 时该表瞬时值为 0 m³/h,,原表漏计严重。该车间共有12 台主要用水设备,且不同时采用大流量用水,根据工艺用水情况,经实际考察每台主要生产设备用自来水降温时常用水量为 50 m³/h(现 65 m³ 容积设备自来水管径为 DN125,50 m³ 容积设备自来水管DN100)。若现 12 台设备中有 5 台同时降温则流量为 250 m³/h,选用仪表必需满足 3 m³/h ~250 m³/h 的测量范围。
  DN150 与 DN100 管径在经济流速(3 m/s)运行时流量为:
  故:将总管 DN200 改为 DN150 与 DN100 两路管道并联双计量回路,用量大时两路管道同时开,用量小时只开一路管道。选用智能电磁流量计,该表可测范围为:(DN150)6 m³/h~600 m³/h,(DN100)2.8  m³/h~280  m³/h。仪表前后安装检修阀门,可不断流在线检修。
4.2、锅炉房:
  锅炉房自来水计量原为普通水表,总管管径为DN125,共有锅炉四台,其中 35  t/h 炉一台,10  t/h炉三台,若同时开一台 35 t/h 与两台 10 t/h 炉,按额定蒸发量乘以 1.5 倍系数计算用水量:
  (35+2×10)×1.5=82.5 m³/hDN100 的管径在经济流速(3 m/s)时流量为:Q=(3.14×0.1²×3 600×3)/4=84.8 m³/h故 DN100 管道可以满足供水需求,将原管径DN125 缩径为 DN100, 选用 DN100 智能电磁流量计,该表可测范围为:2.8 m³/h~280 m³/h。
4.3、空压站:
  空压站有主要用水设备四台,两台同时使用。原共用一台 DN200 太阳能插入式切向涡轮式流量表 , 其测量范围为:48 m³/h~720 m³/h, 因用水量小,计量表基本不走,经现场实测每台空压机常用水量为 20 m³/h 且比较恒定,现每台机独立配用 DN80 流量计,因正常使用时流量波动不大,选用三台 DN80的涡街流量计,该表测量范围为:7 m³/h~100 m³/h,满足工艺及计量要求。
4.4、片剂车间:
  车间原表为 DN150 的普通水表,经在线实测该用户的最大流量为 20 m³/h。为了提高计量准确度,将 DN150 水表缩径为 DN100,DN100 管径在经济流速(3 m/s)运行时流量为:QDN100=(3.14×0.1²×3 600×3)/4=85 m³/h满足用户需求。选用智能电磁流量计,更新后该表可测范围为 2.8 m³/h~280 m³/h。
4.5、针剂车间:
  车间分新区与老区两部分,有各自独立的自来水表。新区自来水计量仪表为 DN100 切向涡轮流量计,安装于室内技术夹层,为了提高计量准确度及方便工作,将该表更新改造为 DN100 的电磁流量计,利用原计量测量系统的积算仪,减少费用。
  老区自来水管径为 DN125,原计量仪表误装为 DN150 普通水表。经在线实测该管道的实际流量在 2.8 m³/h~35 m³/h 范围内,为了提高计量准确度,需将该表缩径为 DN100 的电磁流量计,DN100 管径在经济流速(3 m/s)运行时流量为:QDN100=(3.14×0.1²×3 600×3)/4=85 m³/h满足用户需求。更新后该表可测范围为 2.8 m³/h~280 m³/h。
4.6、生活总表:
  生活总表为科技楼、洗浴中心、办公楼等用户的总表,原为 DN150 的普通水表,用量占东区总量约 20% 左右,经在线实测该用户的最大流量为 70 m³/h,为了提高计量准确度,将该路 DN150 总表缩径为 DN100,DN100 管径在经济流速(3 m/s)运行时流量为:
  QDN100=(3.14×0.1²×3 600×3)/4=85 m³/h满足用户需求。选用电磁流量计,更新后该表可测范围为 2.8 m³/h~280 m³/h。
4.7、需优化改造的机械水表用户:
  因这些用户基本上是生活用水或间歇性用水的单位,故选用带有发讯功能的 WS 型垂直螺翼可拆式磁传水表仪表,通径在 DN20~DN80 之间。

5、效果优化:
  提升改造后的水计量检测系统,经过近两年的连续运行使用,期间,尤其是系统中的电子式流量计(电磁流量计,涡街流量计)未发生一起仪表故障,系统运行安全,数据准确可靠,东区每月近 20 000 t 的计量偏差降为约 8 000 t 左右,大大提高了能源计量检测率。如果管网没有泄漏或泄漏量很小,总表与分表的差值还可能近一步降低。表 3所示为近期几个月的计量数据。
          表 3  改造后水计量数据    
           
日期 分表合计 (m³) 总表合计 (m³) 东西区分表合计 (m³) 东西区总表合计 (m³) 偏差 %(误差)
  东区 西区 东区 西区        
                 
                 
4 月 41 007 101 597 48 995 103 320 142 604   152 315 6.38
7 月 34 510 167 488 42 874 168 550 201 998   211 424 4.46
10 月 36 586 113 263 40 338 117 180 149 849   157 518 4.87

6、结束语:
  要准确的检测出老旧管网系统自来水的流量,是一件不容易的事情,首先要摸清管网的具体情况,包括每一根细小的管道,看来微不足道,但可能是致命的疏忽,找出计量偏差的真正原因,其次是正确合理配置计量仪表,如一定要选用电子式水计量仪表,建议实惠电磁流量计,如无特别要求,选用WS 型垂直螺翼式水表也是一种经济实用的选择。在此,建议有条件的单位最好配备一台便携式超声波流量计,以便随时、方便的发现与解决问题。